Ora puoi visualizzare i singoli neuroni che si attivano e zigzagano attraverso il cervello in questa incredibile serie di mappe cerebrali.
Create dai ricercatori del Janelia Research Campus presso l'Howard Hughes Medical Institute, le mappe 3D rappresentano la più estesa rete di collegamenti cerebrali mai realizzata.
Oltre a insegnarci di più sulla struttura del cervello, queste mappe potrebbero finalmente aiutare a svelare alcuni dei segreti della memoria, del gusto, del tatto e altro nei topi e negli esseri umani.
Scorri verso il basso per vedere i neuroni che si attivano in 3D o visita il MouseLight NeuronBrowser per esplorare specifiche regioni cerebrali
I precedenti tentativi di tracciare i percorsi dei singoli neuroni sono stati limitati - mappando circa una dozzina di neuroni alla volta - perché il processo prevede l'analisi di milioni di immagini per ciascun neurone.
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Nello specifico, gli scienziati devono illuminare i neuroni all'interno del cervello, tagliarlo in fogli sottili, immagine i fogli con un microscopio, e poi evidenziare i singoli neuroni tra i milioni di immagini raccolto. Mettendo a punto ogni fase di questo processo, i ricercatori del Janelia Research Campus sono stati in grado di farlo ricostruire l'intera forma e posizione di oltre 300 dei circa 70 milioni di neuroni nel topo cervello.
Ciò ha comportato l'iniezione nel cervello di topo di un virus che evidenzia alcune dozzine di neuroni. Il team ha quindi "ripulito" il cervello, per aiutare la luce a penetrare nel tessuto, prima che un microscopio ottico ad alta tecnologia colpisse il cervello con impulsi di luce. Questi impulsi hanno evidenziato i neuroni e sono stati usati per radere fette di cervello di 200 micrometri con una lama di rasoio vibrante. L'intero processo è stato quindi ripetuto fino a quando l'intero cervello non è stato ripreso.
Ogni cervello ha prodotto circa 20 terabyte di dati, circa lo spazio di archiviazione di 4.000 DVD, prima che gli algoritmi venissero utilizzati per unire le immagini. Un team di sette persone addestrate ha quindi setacciato il set di dati risultante per districare digitalmente i singoli neuroni.
“Queste persone sono traccianti di neuroni a tempo pieno; i loro sforzi e il software che usano sono fondamentali per la creazione di mappe di alta qualità”, ha affermato il neuroscienziato Nelson Spruston, direttore senior dei programmi scientifici presso Janelia.
“Due anni fa, ogni persona avrebbe avuto bisogno di una settimana o due per tracciare il percorso di un neurone attraverso il cervello. Oggi, utilizzando algoritmi e software di tracciamento dei neuroni sviluppati da MouseLight e dal gruppo Scientific Computing di Janelia, ogni membro del team può tracciare circa un neurone al giorno”.
Il lavoro è significativo perché sappiamo molto poco, relativamente, su come i neuroni trasmettono messaggi attraverso il cervello. Tipicamente, i neuroni sono raffigurati come "uova fritte con la coda" e mentre inviano messaggi attraverso queste code, note come assoni, i neuroni vicini raccolgono i messaggi tramite viticci ramificati chiamati dendriti. Tuttavia, questa visione è in gran parte semplificata e sono necessari più dati per sapere esattamente come questi messaggi vengono inviati, ricevuti e cosa può causare il degrado di queste reti.
Dalla loro analisi di questi 300 neuroni i ricercatori hanno già scoperto che i neuroni sono spesso molto più vasti e connessi di quanto si pensasse. Ad esempio, gli assoni dei singoli neuroni nel talamo spesso si ramificano in combinazioni inaspettate di aree corticali, come quelle coinvolte nel gusto, nel tatto e nel movimento.
Allo stesso modo, nel subiculum, una regione legata all'apprendimento e alla memoria, i neuroni raggiungono quasi sempre pochi punti diversi. Un neurone tracciato dai ricercatori ha attraversato la corteccia cerebrale, inviando lunghi assoni ramificati ad arco attraverso entrambi gli emisferi come una "esplosione di fuochi d'artificio". Comprendendo come questi neuroni sono collegati, i ricercatori non stanno solo svelando segreti su come si formano i ricordi, come un Ad esempio, potrebbero anche rivelare perché alcune persone assaggiano il cibo in modo diverso dagli altri e in che modo malattie come l'Alzheimer possono avere un impatto sul cervello funzione.
"Trecento neuroni sono solo l'inizio", ha detto il neuroscienziato Jayaram Chandrashekar, che guida il Janelia MouseLight squadra. Lui e i suoi colleghi prevedono di tracciare centinaia di altri neuroni nei prossimi mesi.
La neuroscienziata Eve Marder della Brandeis University e membro di Janelia ha aggiunto: “Sapevamo che diverse regioni del cervello comunicavano tra loro, ma vederlo in 3-D è diverso. I risultati sono così sbalorditivi perché ti danno una visione davvero chiara di come l'intero cervello è connesso.
Il team ha segnalato il rilascio del loro attuale set di dati e uno strumento di analisi, chiamato the MouseLight NeuronBrowser, il 13 novembre 2017 all'incontro annuale della Society for Neuroscience a Washington, D.C.
Immagini/video: Janelia Research Campus, team del progetto MouseLight
